Question

“牛頓秋千”是300多年前牛頓發(fā)明的儀器。它具有獨(dú)特的演示魅力，吸引了無(wú)數(shù)成人和兒童�，F(xiàn)在讓我們一起來(lái)動(dòng)手制作一個(gè)“牛頓秋千”。
如圖，秋千由兩根平行木桿和５個(gè)完全相同的金屬球組成。金屬球直徑為1～2cm，由兩根細(xì)線組成雙線擺。將這樣的５個(gè)擺球沿直線排列并彼此相貼，組成擺組。

⑴把球１向左拉高釋放，撞向其余靜止的４個(gè)球。猜測(cè)一下，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？你會(huì)看到只有球５向右升起，所右圖所示。然后球５返回，向左去撞擊球４，結(jié)果也只有球１向左升起。球１再返回撞擊２，球５又升起，如此循環(huán)往復(fù)。
⑵如果把球１和球２一起向左升起，同時(shí)釋放，再猜測(cè)一下，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？
⑶同時(shí)向左升起并釋放３個(gè)球，又將看到什么現(xiàn)象？如改為４個(gè)球，又會(huì)怎樣？
如何解釋這些現(xiàn)象呢？

Answer 1

解析：質(zhì)量相同的球體正碰時(shí)，如碰撞前后兩球的動(dòng)量、動(dòng)能總和保持不變，那么它們將交換速度。由此可說(shuō)明“牛頓秋千”原理：由于這些小球都是鋼球，它們?cè)谂鲎策^(guò)程中機(jī)械能損失很少且動(dòng)量守恒，因此在⑴中，球１撞擊球２時(shí)，兩者交換速度，于是球１靜止而球２將以球１的速度撞擊球３，球２靜止而球３又以球１的速度撞擊球４……，最后只有球５被撞得升起。同理可說(shuō)明⑵，當(dāng)把球１和球２一起向左升起，同時(shí)釋放后，結(jié)果是球４和球５一起向右升起，又向左落下，使球１和球２向左一起升起，然后球１和球２又向右落下，球４和球５又向右升起。在⑶中，同時(shí)向左升起并釋放３個(gè)球（或４個(gè)球）后，結(jié)果也是３個(gè)球（或４個(gè)球）向右升起，落下。點(diǎn)評(píng)：這里涉及彈性碰撞中的動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒。除了上述情況外，如果在上圖中把球１向左升起，球５向右升起，在同一高度同時(shí)釋放兩球，結(jié)果又會(huì)怎樣？總之，這個(gè)“牛頓秋千”可以探究許多類(lèi)型的碰撞，有很好的研究?jī)r(jià)值。